Name: an experimental approach to investigating effects of artificial light at night on free-ranging animals: implementation, results, and directions for future research
Uploaded: 2022-02-02T13:00:00
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Nosso programa de pesquisa envolvendo os efeitos biológicos do ALAN sobre as aves recebeu financiamento da Flandres FWO (para M.E. e R.P., iD do projeto: G.0A36.15N), da Universidade de Antuérpia e da Comissão Europeia (para M.L.G, Marie Skłodowska-Curie Fellowship ID: 799667). Reconhecemos o apoio intelectual e técnico dos membros do grupo de Pesquisa em Ecologia Comportamental e Ecofisiologia da Universidade de Antuérpia, especialmente Peter Scheys e Thomas Raap.

Todas as aplicações deste sistema a experimentos em animais foram aprovadas pelo comitê de ética da Universidade de Antuérpia e conduzidas de acordo com as leis belgas e flamengas. Metodologia aderiu às diretrizes da ASAB/ABS para o uso de animais em pesquisas comportamentais. O Instituto Real Belga de Ciências Naturais (Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen; KBIN) forneceu licenças para todos os pesquisadores e pessoal.
1. Criação do sistema experimental</stro...

Este sistema baseado em caixa de ninho de luzes LED e uma câmera ir emparelhada permitiu que os pesquisadores avaliassem uma série de perguntas intrigantes sobre os efeitos biológicos do ALAN. Além disso, há muito mais direções de pesquisa que podem ser perseguidas com o sistema. Além disso, a expansão do uso do sistema para outras espécies poderia ajudar a promover uma compreensão das diferenças interespecíficas na sensibilidade ao ALAN. Abaixo algumas possibilidades não exaustivas para futuras pesquisas s...

Os animais evoluíram com os padrões naturais de luz e escuridão que definem dia e noite. Assim, ritmos circadianos em sistemas hormonais orquestram padrões de descanso e atividade e permitem que os animais maximizem o condicionamento físico 1,2,3. Por exemplo, o ritmo circadiano nos hormônios glicocorticoides, com um pico no início da atividade diária, primes vertebrados para se comportar adequadamente durante o período de 24 horas através de efeitos sobre o metabolismo da glicose e responsividade aos estressores ambientais4. Da mesma forma, o hormônio pineal melatonina, que é liberado em resposta à escuridão, está integralmente envolvido em padrões de ritmismo circadiano e também tem propriedades antioxidantes 5,6. A entrada de muitos aspectos da ritmética circadiana, como a liberação de melatonina, é afetada pela fotorrecepção dos níveis de luz no ambiente. Assim, a introdução da luz artificial no ambiente para apoiar a atividade humana, a recreação e a infraestrutura tem o potencial de ter efeitos de grande alcance sobre o comportamento, a fisiologia e a aptidão dos animais de alcance livre 7,8. De fato, diversos efeitos da exposição à luz artificial à noite (ALAN) foram documentados 9,10, e ALAN tem sido destacado como prioridade para a pesquisa de mudança globalno século 21 10.
Medir os efeitos do ALAN em animais de alcance livre representa desafios não triviais por uma série de razões. Primeiro, animais móveis que se deslocam pelo ambiente experimentam constantemente diferentes níveis de luz. Assim, como quantificar o nível de luz a que os animais individuais estão expostos? Mesmo que os níveis de luz no território do animal possam ser quantificados, o animal pode empregar estratégias de evasão que afetam padrões de exposição, exigindo assim o rastreamento simultâneo da localização animal e dos níveis de luz. De fato, na maioria dos estudos de campo, a média e a variação nos níveis de exposição à luz são desconhecidas11. Em segundo lugar, a exposição ao ALAN é frequentemente correlacionada com a exposição a outros fatores de perturbação antropogênica, como poluição sonora, exposição química e degradação do habitat. Por exemplo, animais que ocupam habitats ao longo das margens das estradas serão expostos à luz de lâmpadas de rua, ruídos do tráfego veicular e poluição do ar por emissões veiculares. Como, então, isola efetivamente os efeitos do ALAN dos efeitos das variáveis de confusão? Experimentos de campo rigorosos que permitem boas medições tanto dos níveis de exposição à luz quanto das variáveis de resposta são essenciais para avaliar a gravidade dos efeitos biológicos do ALAN e desenvolver estratégias eficazes de mitigação11.
Este artigo descreve uma abordagem experimental que, embora não sem suas limitações (ver seção de discussão), ajuda a assecar, se não eliminar as dificuldades identificadas acima. A abordagem implica manipular experimentalmente os níveis de ALAN dentro das caixas de ninho de uma espécie de pássaro diurna de vida livre, a grande teta (Parus maior), usando um sistema de luzes de diodo emissor de luz (LED) e uma câmera infravermelha (IR) instalada dentro de caixas de ninho. A configuração permite a aquisição simultânea de gravações de vídeo, incluindo áudio, o que permite aos pesquisadores avaliar efeitos sobre comportamentos e vocalizações. Grandes tetas utilizam caixas de ninho para reprodução, e dormem nas caixas de ninho entre novembro e março. As fêmeas também dormem dentro das caixas de ninho durante atemporada de reprodução 12. O sistema também tem sido usado em menor medida para estudar efeitos de ALAN em tetas azuis (Cyanistes caeruleus). A primeira dificuldade, envolvendo conhecer os níveis de luz encontrados pelo animal, é atenuada nisso, uma vez que um indivíduo está disposto a entrar na caixa do ninho (ou já está na caixa do ninho no caso de nestlings imóveis), os níveis de luz podem ser precisamente determinados pelo pesquisador. A segunda dificuldade, envolvendo correlações com variáveis de confusão, pode ser controlada usando caixas de ninho em ambientes semelhantes e/ou medindo os níveis de variáveis de confusão perto de caixas de ninho. Além disso, em aves de ninho de cavidade, adotar uma abordagem experimental é poderoso porque caixas de ninho ou cavidades naturais podem proteger filhotes e adultos de ALAN13, o que pode explicar por que alguns estudos correlativos encontram pouco efeito de ALAN (ou ruído antropogênico)14, enquanto estudos experimentais mais frequentemente encontram efeitos claros (veja abaixo). Além disso, um projeto experimental de medidas repetidas pode ser adotado no qual os indivíduos servem como seu próprio controle, o que aumenta ainda mais o poder estatístico, e a probabilidade de detectar efeitos biológicos significativos. As seções abaixo: (1) explicam os detalhes da concepção e implementação do sistema, (2) resumem os importantes resultados até agora derivados utilizando o sistema, e (3) propõem futuras direções de pesquisa que poderiam ser perseguidas, tanto em tetas quanto em outros animais.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Broad spectrum; 15 mm x 5 mm; LED headlight</td>
			<td>RANEX; Gilze; Nederlands</td>
			<td>6000.217</td>
			<td>A similar model could also be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery</td>
			<td>BYD</td>
			<td>R1210A-C</td>
			<td>Fe-battery 12 V 120 Wh ( lithium iron phosphate battery)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dark green paint</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Optional. To color nest boxes/electronic enclosures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrical tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For electronics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homemade timer system</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>YP109A 12V</td>
			<td>A similar model could also be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared camera</td>
			<td>Koberts-Goods, Melsungen, DE</td>
			<td>205-IR-L</td>
			<td>Mini camera; a similar model could also be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light level meter</td>
			<td>ISO-Tech ILM; Corby; UK</td>
			<td>1335</td>
			<td>To calibrate light intensity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini DVR video recorder</td>
			<td>Pakatak, Essex, UK</td>
			<td>MD-101</td>
			<td>Surveillance DVR Recorder Mini SD Car DVR with 32 GB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Passive integrated transponder (PIT) tags</td>
			<td>Eccel Technology Ltd, Aylesbury, UK</td>
			<td>EM4102</td>
			<td>125 Kh; Provides unique electronic ID</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Radio frequency identification (RFID) Reader</td>
			<td>Trovan, Aalten, Netherlands</td>
			<td>GR-250</td>
			<td>To scan PIT tags and determine bird identity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistor</td>
			<td>RS Components</td>
			<td></td>
			<td>Value depending on voltage battery and illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SD card</td>
			<td>SanDisk</td>
			<td></td>
			<td>64 GB or larger</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SongMeter</td>
			<td>Wildlife Acoustics; Maynard, MA</td>
			<td></td>
			<td>Optional. Provides a means of monitoring vocalizations outside of nest boxes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TFT Color LED Portable Test Monitor</td>
			<td>Walmart</td>
			<td></td>
			<td>Allows verification that the camera is on and recording the image correctly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wood</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To construct nest boxes/electronic encolsures</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an experimental approach to investigating effects of artificial light at night on free-ranging animals: implementation, results, and directions for future research

Os animais evoluíram com padrões naturais de luz e escuridão. No entanto, a luz artificial está sendo cada vez mais introduzida no meio ambiente a partir da infraestrutura humana e da atividade recreativa. A luz artificial à noite (ALAN) tem o potencial de ter efeitos generalizados sobre o comportamento animal, a fisiologia e o condicionamento físico, que podem se traduzir em efeitos em escala mais ampla sobre populações e comunidades. Entender os efeitos do ALAN em animais de alcance livre não é trivial devido a desafios como medir níveis de luz encontrados por organismos móveis e separar os efeitos do ALAN daqueles de outros fatores de perturbação antropogênica. Aqui descrevemos uma abordagem que nos permite isolar os efeitos da exposição à luz artificial em animais individuais, manipulando experimentalmente os níveis de luz dentro das caixas de ninho. Para isso, um sistema pode ser usado consistindo de luz emissão de luz (LED) aderida a uma placa e conectada a um sistema de bateria e temporizador. A configuração permite a exposição de indivíduos dentro de caixas de ninho a intensidades e durações variadas de ALAN enquanto simultaneamente obtém gravações de vídeo, que também incluem áudio. O sistema tem sido usado em estudos sobre tetas grandes (Parus maior) e tetas azuis (Cyanistes caeruleus) para obter uma visão de como o ALAN afeta os padrões de sono e atividade em adultos e a dinâmica fisiológica e telômero no desenvolvimento de nestlings. O sistema, ou uma adaptação dele, poderia ser usado para responder a muitas outras perguntas intrigantes de pesquisa, como como alan interage com outros fatores de perturbação e afeta o equilíbrio bioenergésico. Além disso, sistemas semelhantes poderiam ser instalados dentro ou perto das caixas de ninho, ninhos ou tocas de uma variedade de espécies para manipular níveis de ALAN, avaliar respostas biológicas e trabalhar para construir uma perspectiva interespecífica. Especialmente quando combinada com outras abordagens avançadas para monitorar o comportamento e a circulação de animais livres, essa abordagem promete produzir contribuições contínuas para nossa compreensão das implicações biológicas do ALAN.

Os artigos de pesquisa revisados por pares publicados usando este sistema estão resumidos na Tabela 2. Vários outros manuscritos estão em andamento. Esses estudos abordam três grandes conjuntos de questões de pesquisa. Primeiro, o sistema tem sido usado para estudar os efeitos da exposição à luz sobre o comportamento do sono e os níveis de atividade em adultos. Para isso, foi empregado um projeto experimental de medidas repetidas, no qual o mesmo indivíduo foi registrado pela primeira vez dormi...

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An Experimental Approach to Investigating Effects of Artificial Light at Night on Free-Ranging Animals: Implementation, Results, and Directions for Future Research

A luz artificial à noite (ALAN) tem efeitos biológicos de grande alcance. Este artigo descreve um sistema para manipular ALAN dentro de caixas de ninho enquanto monitora o comportamento, consistindo de luzes LED acoplada a uma bateria, temporizador e câmera de vídeo infravermelha capaz de áudio. Os pesquisadores poderiam empregar esse sistema para explorar muitas questões pendentes sobre os efeitos do ALAN nos organismos.

Uma abordagem experimental para investigar efeitos da luz artificial à noite em animais de alcance livre: implementação, resultados e direções para pesquisas futuras

Animals have evolved with natural patterns of light and darkness. However, artificial light is being increasingly introduced into the environment from ...

Nosso método para manipular a luz artificial à noite, ou ALAN, dentro de caixas de ninho, é poderoso para determinar os efeitos do ALAN no comportamento, fisiologia e aptidão dos animais. Essa técnica ajuda a superar os desafios inerentes ao estudo de como o ALAN afeta animais de alcance livre, pois os pesquisadores podem expor os animais à luz à noite de forma controlada. Este sistema pode ser usado em qualquer espécie aviária ou mamífero que use cáries para reprodução ou repouso, e também tem o potencial de ser modificado para uso em outros contextos.Comece habituando os animais à configuração experimental colocando uma caixa falsa no topo da caixa do ninho pelo menos um dia antes do experimento, para minimizar os efeitos da aversão à novidade. Para levantamento dos indivíduos focais, coloque os animais na população do estudo com um transponder integrativo passivo ou tag PIT, para permitir a identificação dentro da caixa do ninho, sem perturbar as aves. Em experimentos envolvendo o efeito da luz artificial à noite ou ALAN sobre o comportamento do sono, visite as caixas de ninho na noite anterior ao experimento, e escaneie as caixas com uma indicação de radiofrequência ou leitor RFID, para determinar quais pássaros estão rondando dentro.Para registrar o sono imperturbável na ausência de ALAN, implemente um projeto de medidas repetidas registrando dormir sob condições de escuridão por uma noite, e depois na presença de ALAN, por uma noite. Para ambas as noites, antes de levar o infravermelho, ou câmera IR para o campo, sincronize o tempo com o horário local. Em seguida, insira um cartão MDSD no slot SD no gravador mini DVR adjacente à bateria.Pelo menos duas horas antes do início da escuridão, remova a caixa falsa do topo da caixa do ninho e abra a tampa da caixa do ninho para colocar a placa contendo a câmera IR dentro, com o objetivo da câmera voltado para baixo. Em seguida, estenda os conectores eletrônicos para fora da ranhura na caixa do ninho. Após fechar a tampa da caixa do ninho, coloque o gabinete contendo a bateria, o gravador e o temporizador, em cima da caixa do ninho.Em seguida, conecte o conector vermelho do gravador ao conector branco da câmera, o conector amarelo do gravador ao conector amarelo da câmera e o conector preto da bateria ao conector vermelho da câmera. E para a noite ALAN, os LEDs para o temporizador, e o temporizador para a fonte de energia. Uma vez conectado, coloque os fios dentro dos gabinetes que abrigam o sistema.À medida que a gravação começa, verifique com uma pequena tela TFT para garantir a imagem correta e, em seguida, pressione a gravação. Uma hora depois de escurecer, retorne à caixa do ninho para verificar a identidade dos pássaros dormindo dentro, movendo um leitor de transponder RFID ao redor da parte inferior e laterais da caixa do ninho, e registrando o número de identificação único comunicado da tag PIT. Na manhã seguinte à gravação de controle, duas horas após o nascer do sol, colete o sistema de bateria da caixa do ninho antes de devolver a caixa falsa em cima da caixa do ninho.No laboratório, carregue a bateria e remova e baixe o cartão SD do gravador para coletar os dados comportamentais. Depois de baixar com sucesso os dados, apaguei os dados do cartão SD, seguido de inserir o cartão no gravador mini DVR. Em uma noite subsequente, implemente o tratamento de exposição à luz configurando o sistema temporizador para o tempo desejado de exposição à luz, e controle a gravação como descrito anteriormente, com o temporizador conectado à potência e aos LEDs conectados ao temporizador.Para experimentos envolvendo várias noites de exposição à luz e gravação de vídeo, colete os sistemas todas as manhãs para recarregar as baterias durante o dia e, em seguida, substituir o sistema à noite. Posteriormente, colete dados sobre as variáveis de resposta de interesse. O estudo documentou os efeitos dramáticos da exposição ao ALAN no comportamento do sono.Os pássaros expostos a ALAN a uma intensidade relativamente baixa de 1,6 lux, acordaram meia hora antes, deixaram a caixa do ninho 20 minutos antes, e dormiram 40 minutos a menos que os pássaros de controle. Aqui nos concentramos em usar o sistema para avaliar os efeitos sobre o sono, mas o sistema também pode ser usado para testar efeitos no desenvolvimento de nestlings durante a estação de reprodução. Para avaliar os efeitos fisiológicos da exposição ao ALAN, os animais podem ser capturados, amostras de sangue obtidas e medidas morfométricas também podem ser tomadas neste momento.Este sistema baseado em caixa de ninho permitiu aos pesquisadores avaliar uma série de questões intrigantes sobre efeitos biológicos do ALAN, que não puderam ser avaliadas anteriormente, como efeitos sobre o sono.

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